Schritt 2 – Auswahl der geeigneten Plattform

Bildquelle: LANline der WEKA FACHMEDIEN GmbH

Bei dem 1. Schritt zur Vorgehensweise bei der Zielsetzung zum Predictive Maintenance des Complete Fan Systems (CFS) hat das ausgewählte Team des Ventilatorenbauers die Arbeitsweise intelligenter Sensoren sowie das neue Umfeld der erforderlichen Hardware wie z.B. dem Gateway, aber  auch  die von den IoT-Plattformanbietern bereitgestellten SaaS-Funktionen wie Analyse- und Darstellungs-Tools kennengelernt.

Im 2. Schritt nun sollte es sich mit den bereits zahlreich auf dem Markt befindlichen IoT-Plattformen auseinander setzen, um die für ihr geplantes Geschäftsmodell aber auch die geplante strategische Zusammenarbeit sinnvolle IoT-Plattform auszuwählen.

Eines der Probleme ist die Vielzahl der Plattform-Anbieter. Zwar belebt die Konkurrenz das Geschäft, trotzdem ist zu befürchten, dass sich nur die großen weltweit agierenden Plattform-Anbieter auf Dauer durchsetzen werden. Denn eines ist klar, trifft man die falsche Wahl, und geht z.B. ein Nischenanbieter, dessen Lösung einem auf den ersten Blick wie für die eigene Zielsetzung zugeschnitten erscheint, insolvent oder stellt auch nur seine IoT-Plattform ein, kann dies einen herben Rückschlag bedeuten.

In einer Auswahl der angebotenen IoT-Plattformen hat internetword.de 2018 die nachfolgende Übersicht erstellt.

Marktübersicht IoT-Plattformen (Auswahl)   Quelle: internetworld.de
Anbieter / Internet Lösung Einsatzfeld Details
Amazon Web Services AWS IoT Core alle Anwendungsbereiche Services: Connectivity, Device-Management, IoT Analytics für Datenanalyse, maschinelles Lernen; Starter-Kits für Entwickler; Device Shadows (digitale Abbilder) von IoT-Systemen; Bereitstellung: Cloud
Atos Atos Codex Derzeit vor allem in Industrieunternehmen im Einsatz Services für Anbindung von IoT-Komponenten, Datenspeicherung und Analyse; Prognose-Funktionen, Bereitstellung: Cloud oder On-Premise
Bosch Bosch IoT Suite Alle Anwendungsbereiche Services für Gerätemanagement; Gateway-Software; IoT-Analyse, Remote-Management, Authentifizierung von IoT-Komponenten; Bereitstellung: Cloud-Plattformen von Bosch, AWS, Microsoft Azure, SAP, IBM Bluemix
Cumulocity Software Cumulocity IoT Alle Anwendungsbereiche Offene, applikationsorientierte Plattform; Services für Device-Management, Echtzeit-Datenanalyse, Anbindung (Connectivity), Integration von externen Applikationen; Unterstützung von Low-Power-WANs; Schnittstellen unter anderem zu SAP, Salesforce, Astea; Bereitstellung: Cloud oder On-Premise
Deutsche Telekom Cloud der Dinge Alle Anwendungsbereiche, derzeit Schwerpunkt Industrieunternehmen Services für Anbindung von IoT-Komponenten über Mobilfunk und Narrowband-IoT, Echtzeiterfassung und Analyse von Daten und Management von Endgeräten; zertifizierte Hardware von Partnern; Datenspeicherung in Deutschland; Bereitstellung: Cloud
Device Insight Centersight Alle Anwendungsbereiche, von Industrie bis Handel Modularer Ansatz; Funktionen unter anderem Remote-Management, Auswertung von Betriebsdaten; Embedded Controller und Embedded Clients für Endgeräte; Bereitstellung: Cloud oder On-Premise
Eurotech Everyware Cloud EC IoT-Middleware-Platt-form für industrielle Anwendungen Integrationsplattform für IoT-Komponenten; Services: Connectivity via Internet und MTTQ, Remote-Management, Echtzeit-Datenmanagement, Sicherheitsfunktionen; Bereitstellung: Cloud oder On-Premise
GE Predix Platform Industrie, Energie-wirtschaft Services: Connectivity, Performance-Management, Datenerfassung und -analyse (auch in Systemen am Rand der IoT-Infrastruktur); Erstellen von digitalen Zwillingen; maschinelles Lernen; Bereitstellung: Cloud
Google Google IoT Core Alle Anwendungsbereiche Services: Connectivity, Device-Management, Big-Data-Analytics-Funktionen, Machine Learning; Prototyping Kits für Entwickler; breiter Support von Hardware-Plattformen; Android-Things-Betriebssystem für IoT-Komponenten; Bereitstellung: Cloud
HPE HPE Universal IoT Platform Alle Anwendungsbereiche Implementierung und Management heterogener IoT-Gerätegruppen; Datenanalyse, auch am Rand der IoT-Infrastruktur (Edge); Entwicklung von IoT-Anwendungen; Connectivity unter anderem über Low-Power-WAN; Hardware-Komponenten (HPE Edgeline); Bereitstellung: Cloud oder On-Premise
IBM IBM Watson IoT Platform Alle Anwendungsbereiche Kooperation mit Cisco bei Fog- und Edge-Computing sowie Mobilfunk-Service-Providern; zwei Arten von digitalen Zwillingen; Blockchain-Service für Austausch von IoT-Daten; Bereitstellung: Cloud oder On-Premise
Microsoft Microsoft Azure IoT Alle Anwendungsbereiche Schwerpunkt auf einfacher Anbindung von IoT-Komponenten; Azure IoT Edge für Datenanalyse vor Ort; Machine Learning und KI-Dienste verfügbar; ergänzende Cloud-Dienste von Microsoft etwa zum Speichern von IoT-Daten; Bereitstellung: Cloud oder On-Premise mittels Azure Stack
PTC ThingWorx Industrie Schwerpunkt AEP (Application Enablement), Anwendungsentwicklung, Sammeln und Verwalten von IoT-Daten sowie Performance-Management; großer Marktplatz mit IoT-Lösungen anderer Anbieter; Microsoft Azure als bevorzugte Cloud-Plattform; Bereitstellung: Cloud oder On-Premise
Relayr IoT Middleware Platform Industrie Gerätemanagement, Regel-Engine, Erkennen von Anomalien, Daten-Streaming; Services für Geräte am Rand der IoT-Infrastruktur (Edge); Machine-Learning-Funktionen; Bereitstellung: Cloud oder On-Premise
SAP SAP Leonardo Alle Anwendungsbereiche „Innovations-Plattform“ für IoT und andere Felder im Bereich Digitalisierung; enge Verzahnung mit Enterprise-Software von SAP (ERP, CRM, Supply Chain Management etc.); Lösungspakete für spezielle Einsatzfelder und Branchen; Gateway für Edge-Computing; große, gewachsene Ökosphäre von Entwicklern und Anbietern von Drittanwendungen; Bereitstellung: Cloud oder On-Premise
Siemens MindSphere Alle Anwendungsbereiche, jedoch starker Bezug zu Industrie und Smart City Platform-as-a-Service-Modell; Services: Connectivity, vorkonfigurierte Lösungen, Anwendungsverwaltung, Datenvisualisierung; Bereitstellung: Cloud, ab Ende 2018 auch   On-Premise

Wenn nun also ein Ventilatorenbauer sich für eine Plattform entscheiden soll, können natürlich Fragen zur strategischen, langfristigen Ausrichtung genauso eine Rolle spielen, wie Überlegungen zur Einbindung der eigenen IT-Infrastruktur. Hat ein Unternehmen z.B. bereits von SAP das ERP-System im Einsatz, könnte eine enge Verzahnung mit der Enterprise-Software von SAP ein Argument für die SAP Leonardo sein.

Nutzt ein Unternehmen bereits andere Cloud-Anwendungen z.B. von Microsoft, so wird dies sicherlich Überlegungen anstellen, ob die Microsoft Azure IoT die notwendigen Funktionen und SaaS-Lösungen für die eigene Zielsetzung bietet.

Will hingegen das Team des Ventilatorenbauers, seine eigene IoT-Strategie mit dem IoT- und SaaS-Angebot der eingesetzten Antriebslösungen und deren Smart-Sensor-Lösungen komplettieren, bieten sich natürlich die IoT-Plattformen wie z.B. die ABB Ability oder die MindSphere von Siemens an. Beide genannten IoT-Plattform Anbieter nutzen die IaaS-Dienste großer Cloud-Anbieter. So ist z.B. die ABB Ability auf der Microsoft Azure implementiert. Siemens hat seine ausgewählten Infrastrukturanbieter gemäß deren Rechenzentrumsstandorten in 3 Regionen aufgeteilt. In der Region Europa 1 ist die IoT-Plattform MindSphere auf der AWS mit Rechenzentrumstandort Frankfurt – Deutschland implementiert. Region Europa 2 auf der Microsoft Azure mit Rechenzentrumsstandort Amsterdam – Niederlande, und letztlich die Region China 1 auf der IaaS Alibaba Cloud mit dem Rechenzentrumsstandort Shanghai – Chnina.

In meinem nächsten Bericht „Teil 3 – Erste Schritte auf der ausgewählten IoT-Plattform“ werde ich die notwendigen Aktivitäten erläutern.

Der Weg zu digitalen Geschäftsmodellen

Die Digitalisierung hat auch auf produzierende Unternehmen des mittelständischen Maschinenbaus starke Auswirkungen.
Bedarfs- und budgetbezogene Rechenkapazitäten und Dienste aus der Cloud stehen genauso zur Verfügung, wie kostengünstige intelligente Sensoren sowie Data-Analytics-Lösungen regelbasiert auf IIoT-Plattformen.
In dem Seminar „Veränderung des Ventilatorenbaus im Zeichen der Digitalisierung“ am 01. und 02. April 2019 an der TAE Technische Akademie Esslingen werden wir versuchen, den Führungskräften aus allen Bereichen der Wertschöpfungskette mittelständischer Maschinenbauer am Beispiel des Ventilatorenbaus den Weg zu erweiterten Geschäftsmodellen, wie z.B. dem IoT-basierten Predictive Maintenance aufzuzeigen. Weitere Informationen finden Sie unter;
https://www.tae.de/seminar/seminar-veraenderung-des-ventilatorenbaus-im-zeichen-der-digitalisierung-35271/

Die digitale Herausforderung, speziell für mittelständische Firmen im Maschinen- und Anlagenbau.

Die Digitalisierung, das Internet der Dinge (IoT) und alles rund um das Thema Industrie 4.0 eröffnet neue Möglichkeiten und Geschäftsmodelle aber auch gleichzeitig enorme Herausforderungen speziell für mittelständische Firmen im Maschinen- und Anlagenbau.

Themen wie Product- and Document Lifecycle Management (PDM/PLM), Digital Twins (Digitale Zwillinge), Künstliche Intelligenz (KI), Edge und Cloud Computing, Industriel Internet of Things (IIoT), Predictive Maintenance, um nur einige Themen zu nennen, werden einen großen Teil der Geschäftsgrundlagen verändern.

Um diesen neuen Anforderungen gerecht zu werden, braucht es integrierte Informationssysteme, die einen durchgängigen Austausch von Informationen für die Planung, Entwicklung, Konstruktion und Produktion über die  Auftragsabwicklung bis hinunter in die Maschinenebene zulassen.

Bei dem Thema Effizienz bietet die virtuelle Darstellung von Maschinen oder Anlagen als Abbild auf einer digitalen Plattform den Unternehmen über den gesamten Lebenszyklus viele Vorteile. Voraussetzung dabei ist, dass der digitale Zwilling und die reale Maschine bzw. Anlage dauerhaft miteinander verbunden ist. So fließen Betriebsdaten aus dem realen Einsatz der Maschinen und Anlagen in die Beurteilung und Weiterentwicklung der Produkte ein. D.h. die Daten aus dem jeweils führenden System müssen also dem Product Lifecycle Management (PLM) für die Produktentwicklung, der digitalen Fabrik für die Produktionsplanung, dem ERP-System für die unternehmerischen Belange bis hin zu den Informationen aus dem Feld, also wenn das Produkt beim Kunden im Einsatz ist. Realer und digitaler Zwilling tauschen mittels IIoT Daten aus, die Sensoren permanent erfassen. So können Unternehmen aus Schwächen ihrer Produkte im realen Einsatz Erkenntnisse gewinnen und diese bereits in die Entwicklungsphase einfließen lassen.

Zurück zum Mittelstand.

Am Beispiel eines fiktiven mittelständischen Maschinebau-Unternehmen für Prozess-Ventilatoren möchte ich die Schwierigkeiten, die sich bei der Umsetzung vorgenannter Szenarien auftun, und die nur zu einem Bruchteil einen technischen Hintergrund aufweisen, kurz erläutern.

Der leider immer noch vorwiegende Ist-Zustand läuft wie folgt ab.

Soll eine neue Anlage in der u.a. Prozess-Ventilatoren zum Einsatz kommen gebaut werden, erteilt der zukünftige Betreiber einen Planungsauftrag an einen Anlagenplaner. Dieser erstellt die Anlagenplanung und erstellt Spezifikationen zur Ausschreibung der Anlage. Da hier das Rad nicht neu erfunden wird, werden viele Bausteine der Spezifikationen aus dem Fundus genommen. Was aber auch gleichzeitig bedeutet nicht mehr den neuesten Erkenntnissen zu entsprechen. Die in der Ausschreibung berücksichtigten Anlagenbauer halten sich in ihren Offerten an den Ausschreibungstext und den hier aufgeführten Spezifikationen. Ist der Auftrag dann an einen Anlagenbauer vergeben, wird dieser dann in einzelne Lose aufgeteilt und die Komponenten an Zulieferer, wie z.B. dem Prozess-Ventilatoren Lieferanten vergeben. Die vom Anlagenplaner vorgegebenen Spezifikationen werden als Auftragsbestandsgrundlage weitergereicht.

Was bedeutet das z.B. für das Ventilator-System des Prozess-Ventilators?  Kurz in Erinnerung zu rufen. Ein Ventilator-System besteht aus dem eigentlichen Ventilator, dem Antrieb und der Regelung. Zusätzlich meist und sinnvollerweise noch aus den Schalldämmmaßnahmen.

Vorausgesetzt ein Ventilator-Lieferant hätte bereits die qualitativen, personellen, technischen und kommerziellen Voraussetzungen und die Digitalisierung seiner Geschäftsgrundlage im eingangs erwähnten Sinne umgesetzt, müssten folgende Kundenauftragsvoraussetzungen erfüllt sein.

  1. Der Kundenauftrag sieht die Lieferung eines kompletten Ventilator-Systems  inklusive aller erforderlichen intelligenten Sensoren und den SaaS-Diensten zu deren Auswertung vor.

Nur so kann ein digitaler Zwilling eine Voraussetzung für eine IIoT-Anbindung etc. geschaffen werden.

In der Realität werden häufig Komponenten wie Antriebsmotor, Regelung etc. vom Anlagenbauer separat eingekauft und beigestellt. Liefert dann der Ventilator-Lieferant (als Komponenten-Lieferant) dem Anlagenbauer auch nur für seinen Part die Daten und erstellt der Anlagenbauer dann den digitalen Zwilling?

  1. Die Auftrags-Spezifikationen lassen dem Lieferanten die freie Wahl der erforderlichen Komponenten zur Umsetzung eines derart digitalen Systems zu. D.h. die von ihm vertraglich in sein Gesamtkonzept eingebundenen Lieferanten von z.B. Antriebsmotoren, Frequenzumrichter aber auch Smart-Sensoren inkl. der SaaS Dienste und der entsprechenden vertraglichen Einigung zur Multi-Cloud-Nutzung werden nicht durch Spezifikationsvorgaben ausgehebelt.

In der Realität werden häufig aus der Historie heraus (Spezifikationen aus der Schublade) Komponenten, Überwachungseinrichtungen etc. vorgeschrieben, die nicht in ein derartiges digitales Konzept passen.

Was heißt dies für die Praxis. Komponenten-Lieferanten z.B. für Motor und Frequenzumrichter bieten bereits PLM-Software Lösungen an und stellen auf den von Ihnen ausgewählten Cloud-Plattformen Digitale Zwillinge Ihrer Produkte zur Verfügung. Hier verlangt keiner die Produkte der Schnittstellengeometrie anzupassen. Der Ventilator-Lieferant muss aber bei vielen einzelnen Komponenten sein Produkt an die gewählten Komponenten anpassen (Beispiel Motor-, Lagerkonsole, Kupplungsbohrung für die Antriebsseite etc.). Würde er also dem Anlagenbauer genauso auf einer Cloud-Plattform für den nackten Ventilator den digitalen Zwilling zur Verfügung stellen wollen, ist dies so ohne weiteres nicht möglich.

Fazit:

Bevor mittelständische Maschinenbauer, wie an dem Beispiel Ventilatorenbauer aufgezeigt, sich mit der Umsetzung der Digitalisierung ihrer Geschäftsgrundlage befassen, sollten sie erst einmal den Weg zum System-Lieferanten beschreiten. Denn nur in sich abgeschlossene Maschinen- bzw. Anlagensysteme schöpfen den Vorteil  aus der Digitalisierung und eröffnen ganz neue Geschäftsmodelle wie z.B. einem IoT-basiertem Predictive Maintenance des Complete Fan Systems (CFS).

Systemverantwortung gehört in eine Hand

Obgleich die Verordnung (EU) 327/2011 hohe Ventilator-System-Wirkungsgrade fordert, finde ich als Berater zur Effizienz von Prozeß-Ventilatoren immer wieder grundlegende Fehler in den Anlagen vor, die aus teilweise effizienten Einzelkomponenten ineffiziente Ventilator-Systeme ergeben.

Warum ist das so?

  1. Ausschreibungsfehler:                                                                                                                     Obgleich bekannt ist, daß gut 31,3 % entsprechend ca. 170 TWh des Stromverbrauchs in Deutschland auf elektrische Antriebe bzw. elektromotorisch angetriebene Systeme entfallen, und davon ein großer Teil auf die Querschnittstechnologien Pumpen und Ventilatoren entfällt, werden in den Ausschreibungen leider immer noch absolut uneffiziente Regelungskonzepte vorgegeben. Hier sollten die Planer endlich einmal überhohlte Ausschreibungs-Spezifikationen überarbeiten und nicht alt hergebrachtes dauern aus der Schublade ziehen. Denn hier könnten allein durch effizientere Motore und Drehzahlregelung rund 28,5 TWh/Jahr eingespart werden. Bei nur 10 ct/kWh ergäbe dies eine Kosteneinsparung von 2,85 Mrd. €/Jahr bzw. eine Senkung des CO2-Ausstoßes von 17 Mio. t/Jahr. Auch wenn dem Anlagenbauer (2-ter in der Kette) diese Tatsache bewusst ist, bleibt ihm nichts anderes übrig, als erst einmal gemäß Ausschreibungs-Spezifikationen anzubieten, will er den Auftragszuschlag erhalten. Kommt dann der Ventilator-Lieferant (3-ter in der Kette) und  will seinen Kunden (den Anlagenbauer) von dem besseren, weil effizienteren Konzept überzeugen, indem er aufwendig alternative Lösungen aufzeigt, ist für derartige Konzepte kein Geld im Budge. D.h. hier gehen dann wieder einmal Investkosten vor den Lebenszykluskosten.
  2. Verfahrenstechnische Einbindung:                                                                                               Leider werden auch häufig Prozeß-Ventilatoren verfahrenstechnisch falsch eingebunden. So sind mir Saugzugventilatoren in Rauchgasreinigungsanlagen aufgefallen, die je einer Reinigungsstufe zugeordnet sind und mit einer offenen Bypaßregelung eingesetzt waren. Als der Betreiber die Leistung erhöhen wollte sind ihm Umrüstungen der Saugzüge auf höhere Leistung und mit Drehzahlregelung angeboten und eingebaut worden. Mit dem Ergebnis, daß die Drehzahlregelung selbstverständlich vollkommen unwirksam ist, da der neue Saugzug so halt nur ein noch höheren Volumenstrom im Kreislauf bei voller Drehzahl fördert. So bringt selbst die effizienteste Antriebstechnik keine Energie-Ersparung.
  3. Zu- und Abströmbedingungen:                                                                                                       Durch strömungstechnisch schlechte An- und Abströmverhältnisse reduziert sich nicht nur der Wirkungsgrad eines Ventilator-Systems um mehrere Prozentpunkte, nein bei den so entstehenden Verwirbelungen und instationären Strömungszuständen können auch erhebliche Schäden verursacht werden. Auch hier beginnen die Fehler meist bereits in der Planung der Gesamtanlage. Planer sind stolz jeden Quadratmeter Fläche ausgenutzt zu haben und Luft- und Rauchgaskanäle mit 90-Grad Umlenkungen unter Ausnutzung jeder freien Ecke Platz optimal geführt zu haben. Damit dann die Anlage noch kompakter und günstiger wird, werden Kanalquerschnitte noch weiter reduziert. Allein hier könnten durch strömungsgerecht ausgeführte Kanalführungen und somit Widerstandreduzierungen erhebliche Energie-Einsparungen erzielt werden.  Mir sind Umrüstungen bekannt bei denen allein an einem großen Saugzuggebläse bei gleicher lufttechnischer Leistung der Energiebedarf von vorher 9.902 kW auf 8.675 kW reduziert werden konnte. Eine Energie-Einsparung von 1.227 kW. Bei einer Anlagenlaufzeit von 8.000 h/Jahr also 9.816.000 kWh entsprechend bei 10 ct/kWh immerhin eine Kostenreduzierung von 981.000,– Euro/Jahr.

Fazit:                                                                                                                                                                 Die Verordnung (EU) 327/2011 fordert hohe System-Wirkungsgrade. Dann sollten Ventilator-Lieferanten auch System-Verantwortung übernehmen. Das geht aber nur, wenn der Liefer- und Leistungsumfang auch in die Hand des Ventilator-System-Lieferanten gegeben wird.